Technische Handleiding: Constant Force Mechanisms in Watchmaking

Technical Guide: Constant Force Mechanisms in Watchmaking
Technical Guide: Constant Force Mechanisms in Watchmaking

Technische Handleiding: Constant Force Mechanisms in Watchmaking

Het is geen geheim dat mechanische horloges een vlam om hun kwarts tegenhangers niet kan houden als het gaat om nauwkeurigheid, maar dat doet niets af aan de fascinerende technologische complexiteit en fijn afgewerkte onderdelen van een mechanisch uurwerk.

Toch zijn veel fabrikanten toegewijd aan het bouwen van de meest nauwkeurige mechanische horloge zo veel mogelijk aan hun uurwerken dapperheid te versterken. Er zijn een aantal complicaties die mate van precisie van een horloge te stimuleren. Kijk fans en verzamelaars zal hebben gehoord van de meest voorkomende complicaties, maar anderen zeer zelden verschijnen in de haute horlogerie. Constante kracht mechanismen vallen in de laatste categorie.

Een Exotische Complicatie

Of constante kracht mechanismen kan echt worden beschouwd als complicaties is een kwestie van mening. True, ze niet het horloge geven geen toegevoegde functionaliteit, maar hetzelfde kan gezegd worden van de tourbillon. Ze doen echter, bezetten een niche-markt in vergelijking met tourbillons en andere belangrijke complicaties. Dit is voor een groot deel te wijten aan het feit dat de prijzen voor de meest betaalbare tourbillons verbleken in vergelijking met die van de nieuwe horloges met een constante kracht mechanisme. Bovendien, zoals een constante kracht mechanisme werkt niet bepaald eenvoudig. Het gebruik van constante kracht mechanismen heeft, dus over het algemeen is geïsoleerd om kleine high-end fabrikanten die goed worden ondersteund door een groep van gepassioneerde verzamelaars. Laten we eens een kijkje op deze zeldzame complicatie.

Ferdinand Berthoud Chronomètre 1.2-1
Ferdinand Berthoud Chronomètre 1.2-1Image: Bert Buijsrogge

Wat betekent “Constant Force”?

Mechanische horloges worden aangedreven door een veer. Als je ooit een horloge met de hand hebt wond, heb je waarschijnlijk gemerkt dat de weerstand toeneemt als je de wind, wat een indicatie is dat de veer een gelijkmatige hoeveelheid kracht niet altijd te leveren aan de beweging. Wanneer het horloge volledig is opgewonden, de uitgeoefende kracht is op het hoogste niveau, en geleidelijk af naarmate het horloge loopt. Dus de energie die wordt overgebracht naar de ontsnapping wiel, waarbij elke afwisseling aandrijft, is niet uniform karakter.

Deze “onderbreekt” het handwiel omdat de frequentie varieert afhankelijk van de afbuighoek en de hoeveelheid kracht uitgeoefend, waardoor het horloge pistes met verschillende snelheden afhankelijk van de mate waarin deze wordt gewikkeld. Als dat het geval is, hoe kon je ooit een betrouwbare niveau van nauwkeurigheid voor een horloge te bepalen? Het is simpel: Fabrikanten typisch lijst mate van precisie van een horloge als deze volledig is opgewonden. Strikt genomen, elk horloge varieert in de juistheid ervan na verloop van tijd, tenzij het een constante kracht horloge, natuurlijk.

Een belangrijke term om te weten wanneer het spreken over mechanische horloges is isochronisme. Een horloge, of de echappement, wordt beschouwd als isochrone wanneer u de frequentie onafhankelijk is van de amplitude van de balans wiel. Nederlandse geleerde Christiaan Hyugens bleek de isochrone vermogen van het handwiel en de balans voorjaar op papier in het midden van de 17e eeuw. Echter, de theorie in lijn zelden met de werkelijkheid. Andere factoren zoals wrijving, temperatuurschommelingen, luchtdruk, magnetisme, en nog veel meer allemaal bij aan horloges ver van isochrone.

Zenith Academy Georges Favre-Jacot
Zenith Academy Georges Favre-JacotImage: Bert Buijsrogge

De Geschiedenis van Constant Force in Horlogemakerij

Het is daarom gemakkelijk te begrijpen waarom de constante kracht mechanisme kwam te zijn. Als het onmogelijk is om de frequentie van het saldo wiel onafhankelijk van de uitgeoefende kracht te maken, waarom dan niet de kracht constant te maken ?!

Voordat we een duik in de fascinerende constante kracht ontwerpen van hedendaagse merken als A. Lange & Söhne, Romain Gauthier, Grönefeld en Oscillon, laten we kijken naar de technieken die door historische horlogemakers.

Voordat de balans voorjaar standaard geworden, de foliot was de regulator van keuze. Deze horizontale balk heeft verplaatsbare gewichten aan elk uiteinde. Bij het ontbreken van een evenwicht lente, zakhorloges waren ongelooflijk gevoelig voor schommelingen in de kracht; ze waren bijna onbruikbaar zonder een constante kracht mechanisme.

Op dat moment de meest voorkomende oplossing was een fusee, een kegelvormige katrolsysteem met een kleine keten die was verbonden met het vat. Als het horloge liep de ketting langzaam afgewikkeld. De kegelvorm gezorgd dat het variëren draaiingsas gecompenseerd de veranderende kracht vanuit de drijfveer, waarbij het aandrijfkoppel constant. Wanneer dus het horloge volledig is opgewonden, de hoeveelheid kracht maximaal is gekoppeld met de kleinste radius fusee en het einde van de veer kracht is, er minder kracht gecombineerd met de maximale draaimoment. Door het zorgvuldig ontwerpen van de fusee, kon horlogemakers garant voor een bijna constante aandrijfkracht wanneer het horloge liep.

 

Versie 1: Fusee in Polshorloges

Montage van een fusee in een petite zakhorloge is geen geringe taak, maar het wijzigen en krimpen van het systeem, zodat het past in een polshorloge is een heel ander verhaal.

Om een beter gevoel van wat dit inhoudt, dan moet u weten dat een eenvoudige uurwerk maar liefst 50 onderdelen kan hebben, hoewel de meeste hebben meer dan 100. De ketting in een fusee systeem kan dan hebben 600 individuele stukken alleen! Zo moet het dan ook geen verrassing dat de montage tijd die nodig is significant op zijn zachtst gezegd.

Alsof dat niet genoeg was, om de delicate ketting te beschermen, moet je het los te koppelen van de beweging als het horloge volledig is opgewonden. Anders zou een sterke draai van de kroon van de keten te doorbreken. Het bruikbare gebied van de drijfveer moet ook beperkt. Dit bereik garandeert een vrijwel constante kracht. De toevoer van kracht sneller daalt wanneer de veer vrijwel geheel opgewikkeld of vrijwel geheel ontspannen. Het is daarom noodzakelijk om de drijfveer tot op zekere hoogte te beperken.

Zenith Constant Force
Image: Bert Buijsrogge

Wanneer de horloge bijna geen energie meer heeft.

Als het horloge dicht bij het lopen uit van de macht, een extra mechanisme stopt om te voorkomen dat met behulp van de meer “extreme” regio’s van de drijfveer. Dit beperkt de afmeting van de fusee, die anders zou moeten compenseren voor een veel groter gebied, maar heeft ook nadelen. Het beperken van het bereik van de veer verlaagt het verbruik van het horloge reserve. De A. Lange & Söhne Richard Lange “Pour le Mérite”, bijvoorbeeld, heeft slechts een gangreserve van 36 uur, en de Zenith Defy Fusee Tourbillon heeft een 50-uur gangreserve.

De echte uitdaging is echter elders verblijft: In conventionele mechanische horloges, de continu roterende cilinder zorgt ervoor dat de stroomtoevoer naar de beweging niet onderbroken, zelfs wanneer het horloge wordt gewikkeld. Dit is niet het geval met een fusee omdat de ketting moet worden gewikkeld en uit het vat. Dit betekent draairichting verandert van de loop. Dit probleem wordt gewoonlijk opgelost door te vertrouwen op planetaire wikkelmechanisme, die werkt volgens het principe van differentiëlen, om zo een naadloze voeding.

Fusee 2.0De logische horloge door de jonge fabrikant Romain Gauthier combineert een aantal innovaties die de historische fusee voor de 21e eeuw te maken. Het is het perfecte voorbeeld van een modern constante kracht horloge en een van mijn persoonlijke favorieten tot nu toe.

Gauthier een ingenieur van beroep, nog eens onderzocht de traditionele mechanisme, niet van een plaats van uurwerken nostalgie, maar vanuit een rationeel, technisch perspectief. Hij identificeerde de zwakte van vele historische fusee systemen als de keten. De meeste modellen afgewisseld enkele en dubbele koppelingen zodat de ketting dun genoeg aan de spoel rond de kegelvormige schijf zou zijn. De single banden waren echter aanmerkelijk zwakker en de ketting had de neiging te wrijven tegen het vat toen het werd kronkelende.

Met deze zaken in het achterhoofd, Romain Gauthier kwam met een ontwerp dat geïnspireerd is door de moderne ketens, zoals die worden gebruikt in fietsen. De ketting is voorzien van afwisselende paren van binnenste en buitenste banden en aldus geen zwakke plekken vermeden. Om wrijving te verminderen, Gauthier vaste kleine rollen van synthetische robijnen elke kettingpen. De bevestiging aan de katrol werd ook herzien om de last van contact tussen verschillende schakels te verdelen in een keer.

 

Romain Gauthier Logical One
Romain Gauthier Logical OneImage: Romain Gauthier

Twee-dimensionale disc cam.

In plaats van een traditionele verticale kegel, de logische One is gebaseerd op een tweedimensionale schijf cam. 360 ° slak-vormige schijf voert dezelfde functie als de fusee maar voorkomt dat de ketting wrijven tegen het vat omdat het niet langer te glijden wanneer deze roteert. Bovendien zijn er extra tandwielen tussen de nokkenschijf en vat, en de nokkenschijf en wijzerinstrument, die gebruik maken van de volledige omwenteling van de trommel, waardoor de energiereserve maximaliseren. De ketting heeft een totaal van 136 componenten, die 4-5 keer minder dan een concurrent. Romain Gauthier is niet bezig met het aantal van de beweging componenten of blind uurwerken nostalgie. Hij bouwt systemen die zinvol; vandaar de naam logische.

Vanwege de complexiteit van het hele mechanisme, is dit horloge niet aangeboden met een traditionele handwind systeem. De Logical Men krijgt zijn energie uit een gepatenteerde kronkelende push-stuk dat het horloge slingert door een vast bedrag elke keer dat de knop wordt ingedrukt.

The Logical One's robust chain
The Logical One’s robust chainImage: Romain Gauthier

Versie 2: De Remontoire

Een remontoir, van het Franse “remonter” betekent “wind” volgt een geheel ander concept dan de fusee. Bewegingen die een remontoir functie niet over een continue stroom van energie uit het vat naar het echappement. In plaats daarvan wordt het echappement aangedreven door een tussenliggende veer die ziet er heel vergelijkbaar met de balans voorjaar. De veer wordt herhaaldelijk teruggespoeld, zodat het continu drijft de echappement.

Energie passeert van het vat om dit tussenproduct voorjaar in gedefinieerde intervallen opnieuw aanspannen van de veer door de exacte hoeveelheid ontspant over het interval. De kracht komt derhalve tot het echappement in een gelijkmatige, wip getande patroon over de tijd. De aandrijfkracht zinkt heel klein beetje gedurende een interval terugkeert naar het oorspronkelijke niveau wanneer de veer gewonden is. Dit proces herhaalt zich keer op keer totdat het horloge leegraakt. De aandrijfkracht van het echappement ontvangen constant gemiddeld over de gehele looptijd. Als het vat niet langer voldoende koppel aan de te winden, stopt het horloge loopt.

De intervallen tussen re-aanhalen kan overal duren van een seconde tot een minuut. Indien het eerste het geval is, kan de complicatie ook als een “jumping seconden” uitgaande van de tweede kant daarvan wordt bevestigd.

 

This Tourbillon Souverain by F.P. Journe features a tourbillon alongside a remontoire and jumping seconds.
Tourbillon Souverain by F.P. Journe.

De F.P. Journe Tourbillon Souverain Remontoir d’Égalité

Een uitstekend voorbeeld van een remontoir is de FP Journe Tourbillon Souverain remontoir d’Égalité. Deze constante kracht omvat een jumping seconden, ook wel dode seconden. FP Journe voegt ook een tourbillon de beweging, die eveneens profiteert van de constante kracht systeem.

De 1941 remontoir door Grönefeld beschikt over een acht-tweede remontoir, terwijl A. Lange & Söhne bij de Lange 31 heeft een bijzonder lange interval van één minuut en ongelooflijke 31 dagen gangreserve. Laatstgenoemde wordt geleverd met een afzonderlijke sleutel die omvangrijke cilinder winden en beschermt de veer per ongeluk over-wikkeling.

Terwijl de fusee is zeker een traktatie om in actie te zien, zijn remontoires meestal alleen gekenmerkt door een subtiele afdruk op de wijzerplaat van het horloge. Even terzijde, het was aangewezen constante kracht oplossing horlogemaker George Daniels’. Hij was zich volledig bewust van de complexiteit en de kosten die gemoeid zijn en merkte op dat het mechanisme was “volstrekt onnodig” en daarom een ​​charmante aanvulling voor verzamelaars.

Versie 3: Constant Force Escapement

De derde categorie van constante kracht mechanismen is een beetje moeilijker te vatten. Strikt genomen, remontoires en constante kracht echappement werken op dezelfde manier. Het belangrijkste verschil is dat in de laatste, de functie is volledig geïntegreerd in het echappement.

Een zeldzaam voorbeeld hiervan is de Girard Perregaux constant drukpunt. Deze beweging gaat de werking door een 14-micrometer bladveer in een complex siliciumbestanddeel. Het beste is om een ​​animatie of video van deze beweging aan het werk zien om een ​​gevoel van hoe het allemaal werkt, maar het belangrijkste ding op te merken is dat het ook een onderbreking van de macht tussen het vat en echappement. De wikkeling van het silicium bladveer, waarbij de rotor en daarmee het handwiel aandrijft, geschiedt met elk wisseling van het handwiel. Bij de Girard Perregaux Constant, welke tellen bij een frequentie van 3 Hz, gebeurt dit zes keer per seconde.

Girard Perregaux Constant
Girard Perregaux ConstantImage: Bert Buijsrogge

De Ulysse Nardin Ulysse ankergang heeft een tourbillon en constante kracht echappement dat een vergelijkbaar concept, inclusief het gebruik van een silicium bladveer volgt. Je zou niets minder verwachten van het merk dat het gebruik van silicium in uurwerken pionier.

Versie 4: Constant Force Spring

De laatste horloge dat verdient vermelding van een oplossing voor de constante kracht kwestie op een ogenschijnlijk eenvoudige manier, maar dat maakt het niet minder indrukwekkend te maken. We hebben het over de L’instant de vérité horloge van de boutique Zwitserse fabrikant Oscillon. “Horlogerie” en “handgemaakte” zijn termen die heel royaal worden gebruikt deze dagen, maar ze ring 100% waar als het gaat om Oscillon. Dit merk maakt hun horloges volledig met de hand met handmatig aangedreven gereedschappen en zonder de hulp van CNC-machines. De meesterbreinen achter dit merk zijn horlogemakers Cyrano Devanthey en Dominique Buser.

 

Oscillon l’instant de vérité
Oscillon l’instant de véritéImage: Oscillon

Veer met constante kracht.

De subdial op de L’instant de vérité leest “Constant Torque Spring”, een verwijzing naar de veer met constante kracht binnen. Het mechanisme heeft twee trommels waaromheen een veer wordt gewikkeld in tegengestelde richtingen, wat resulteert in een bijna constante output kracht. Het maakt de droom leveren constante kracht van de cilinder realiseren, maar het is geen nieuwe uitvinding. U kunt dit type van de lente vinden in alledaagse voorwerpen zoals stofzuigers en veiligheidsgordels. In deze gevallen wordt de veer met constante kracht gebruikt om tot werking te garanderen wanneer een object wordt gewikkeld. Oscillon’s versie is niet zo eenvoudig. Vergelijkbaar met de manier waarop een fusee werkt, dit horloge is gebaseerd op differentiëlen een onderbreking wanneer het horloge wordt wond te voorkomen.

 

A constant force spring and its two drums.
De “constant force spring” en de twee drums. Image: Oscillon

Zoals u kunt zien, is er geen enkele manier om het probleem van de constante kracht in mechanische bewegingen aan te pakken. U kunt een meer traditionele aanpak, zoals genomen door A. Lange & Söhne en Zenith nemen, of herinterpreteren een historische methode als Romain Gauthier. Girard Perregaux, aan de andere kant, heeft zich tot high-tech materialen, waardoor de weg vooruit, terwijl Grönefeld vertrouwt op zetten beproefde oplossingen in horloges die allesbehalve conventioneel zijn. Ten slotte kan u de weg van Oscillon, die inspiratie heeft verzameld van buiten de wereld van de horloge en aangepast voor gebruik in uurwerken gaan – de keuze is aan jou!

Plaats een reactie